[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JPH05129857A - アバランシエホトダイオードの利得制御方法 - Google Patents

アバランシエホトダイオードの利得制御方法

Info

Publication number
JPH05129857A
JPH05129857A JP3291226A JP29122691A JPH05129857A JP H05129857 A JPH05129857 A JP H05129857A JP 3291226 A JP3291226 A JP 3291226A JP 29122691 A JP29122691 A JP 29122691A JP H05129857 A JPH05129857 A JP H05129857A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
voltage
light receiving
avalanche photodiode
bias voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3291226A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Noma
隆嗣 野間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP3291226A priority Critical patent/JPH05129857A/ja
Publication of JPH05129857A publication Critical patent/JPH05129857A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周囲温度の変化や個々の特性の変化に関ら
ず、アバランシェホトダイオード受光器を最適利得(利
得最大)に保つ。 【構成】 アバランシェホトダイオード1に逆バイアス
を印加するDC−DCコンバータ3と、前記ダイオード
1の増幅器10出力に設けられたコンパレータAと、こ
のコンパレータAにSN最大となるノイズレベルを設定
する基準電圧発生手段A’と、前記コンパレータAの出
力に基づきDC−DCコンバータ3への制御電圧を決定
するMPU14とを備え、受光休止期間に、前記設定電
圧値とアバランシェホトダイオード1のノイズレベルと
を比較し、ノイズレベルが設定電圧を超えない範囲でバ
イアス電圧を最大となるよう制御電圧を増減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、周囲温度の変化やア
バランシェホトダイオードの特性のばらつきに係わら
ず、アバランシェホトダイオード受光部の利得を最適
(最大)に保つアバランシェホトダイオードの利得制御
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アバランシェホトダイオード(以下AP
Dとする)は、光によって生じたキャリアの増幅を、逆
バイアスを印加したダイオードの電子雪崩現象を利用し
行なうもので、入射光に対する高い増倍率と高速応答特
性とを合せ持つ。このため、光ファイバー通信や微弱な
光信号を検出する際しばしば用いられる。
【0003】このAPDの増倍率Mは、ダイオードのブ
レーク電圧をVb 、バイアス電圧をVとすると、
【0004】
【数1】
【0005】という簡単な関数で示される。上式からも
明らかなように、高い増倍率Mを得るためには、バイア
ス電圧Vをブレーク電圧Vb 近くで使用するのが最もよ
く、通常そのようにして使用されている。
【0006】ところが、APDのブレーク電圧Vb は、
例えばシリコンの場合+0.5V/℃程度の温度係数を
有しており、一定のバイアス電圧では周囲温度の変化に
共なって増倍率が変動する。したがって、増倍率を一定
に保つため、ブレーク電圧Vb の変化に合せてバイアス
電圧Vを変更する必要がある。
【0007】このため、従来、図6に示すように、受光
回路にAGC回路2を設け、そのAGC回路2によって
高電圧制御電源3を制御し、APD1に印加されるバイ
アス電圧Vを変えて出力レベルを一定に保つ方法や、図
7に示すように、順電圧の温度係数が等しいダイオード
5あるいはバリスタ等を用いた温度補償回路6を設け、
前記同様高電圧電源3を制御してバイアス電圧Vを補正
し、温度による利得の変動を低減する方法が用いられて
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記両
方法を、例えば、間欠的にダイナミックレンジの広いバ
ースト状の光パルスが入射される光パルスを用いた距離
または、速度の測定用受光器や光パルスを光ファイバー
に入射し、ファイバーの温度分布の測定用の受光器に用
いた場合、各方法において、以下に示す問題を生じる。
【0009】まず、AGC回路を用いたものでは、AG
C回路の時定数をバースト入力のパルス幅に比して大き
く設定した場合、利得はバースト入力の無い受光休止期
間に最大になり、前記受光休止期間後に受光されるダイ
ナミックレンジの広いバースト入力に追従できない。こ
のため、時定数をバースト入力のパルス幅に比して小さ
く設定すると、今度は、バースト波入力中に利得変化を
生じて出力波形が歪む。さらに、前記利得も温度、AP
Dの特性のばらつきにより絶えず変化する。
【0010】次に、温度補償回路により、利得の変動を
低減させる方法では、利得が固定となるため、入射光の
強度によりダイナミックレンジが不足する場合がある。
また、温度補償回路に用いられる部品の定数は、APD
個々の特性のばらつきにより、変更しなければならない
ため、調整作業が必要となる。
【0011】そこでこの発明の課題は、APDの特性の
ばらつき及び周囲温度やその変化に対して無頓着に、A
PDの最大利得が得られるようにすることである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め制御入力で出力電圧が可変されるバイアス電圧制御電
源により、逆バイアス電圧をアバランシェホトダイオー
ドに印加し、そのアバランシェホトダイオードへ間欠的
に入射する受光入力を増幅器を介して出力する受光部
に、前記受光部出力と第1の基準電圧発生手段から出力
される第1の設定電圧とを比較する第1の比較手段と、
前記比較手段の出力に基づき前記バイアス電圧制御電源
への制御入力を決定する制御手段とを備え、受光休止期
間ごとに前記設定電圧と受光部出力とをくり返し比較
し、その受光部出力に含まれるノイズ成分が前記設定電
圧レベルを超えない範囲で前記バイアス電圧を最大とな
るよう制御入力を増加あるいは減少させる方法を用いた
のである。
【0013】また、このとき上記受光部に、受光部の受
光中の出力と、第2の基準電圧発生手段から出力される
第2の設定電圧とを比較する第2の比較手段とを備え、
前記受光部出力が前記設定電圧を超えた際、上記バイア
ス電圧を減少し、受光部出力を前記第2の設定電圧以下
にする方法を用いることもできる。
【0014】なお、上記第1の設定電圧は、APDがブ
レークダウンしていない時のノイズレベルの2〜10倍
程度の電圧となるよう設定するのが望ましい。
【0015】また、第2の設定電圧は、例えばAPDの
出力を増幅する増幅器の飽和電圧より少し小さい電圧に
設定する。
【0016】
【作用】このようなAPDの利得制御方法では、APD
の増倍率をSN比を最大とする最適増倍率(利得最大)
あるいは任意の増倍率に設定する。
【0017】すなわち、APDはバイアス電圧を増加し
ていくとそれにつれて増倍率も増加し、あるバイアス電
圧において出力にインパルス状のノイズが現われる。こ
のノイズはバイアス電圧の増加と共に急激に増大する。
上記ノイズは、主にAPDの光−電気変換におけるショ
ット雑音と電流増倍における利得のゆらぎとに起因し、
増倍率を過大にすると上記ノイズも増加し、信号電力以
上に増大してSN比を低下させる。
【0018】したがって、本制御方法では、上記ノイズ
レベルを検出し、このノイズレベルを、SN比を最大と
する最適増倍率となるようあらかじめ設定したノイズレ
ベルと比較し、この設定したノイズレベルに、前記検出
したノイズレベルを近づけるようにバイアス電圧を制御
し、特性のばらつき等に無関係に、APDを最適増倍率
にコントロールする。このとき、上記設定レベルを変更
するとAPDを任意の増倍率へ設定することもできる。
【0019】そして、このノイズレベルの検出及び増倍
率のコントロールとは、APDへの入射光のない受光中
の受光休止期間にくり返し行なって、増倍率を設定仕直
し、この間の周囲温度の変化によるAPDの最適増倍率
への影響を補正して、常に利得最大となるようAPDの
最適増倍率を保つ。
【0020】さらに、第2の比較手段と第2の基準電圧
発生手段とを備えたものでは、増幅器の飽和を検出する
と、バイアス電圧を下げてAPDの増倍率を下げ、入射
光感度を下げて入射光のダイナミックレンジを広げる。
【0021】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。
【0022】図1に示すように、本実施例の受光器は、
バイアス電圧制御電源としてDC−DCコンバータ3を
APD1のカソードに接続し、そのAPD1のアノード
に増幅器10を接続した受光部Rと、その受光部Rの増
幅器10出力に接続され、増幅器10出力と基準電圧発
生手段A’、B’の設定電圧VA 、VB とを比較する比
較手段としてのコンパレータA、Bと、前記コンパレー
タA、Bと接続され、かつD/Aコンバータ13を介し
てDC−DCコンバータ3と接続された制御手段として
のマイクロプロセッサ(以下MPUとする)14とから
なっている。
【0023】受光部RのDC−DCコンバータ3は、受
光器内の低電圧源から、APD1の逆バイアス用の高電
圧を発生するもので、その発生電圧は、制御入力へ加え
られる直流電圧で可変される。
【0024】また増幅器10は、電流−電圧変換回路を
有し、APD1が出力する光電流を電圧に変換し、増幅
して出力する。
【0025】コンパレータAは、例えば片電源動作用コ
ンパレータIC等が用いられ、そのコンパレータAの反
転入力に前記増幅器10出力が接続され、非反転入力に
は基準電圧発生手段A’が接続される。基準電圧発生手
段A’は、その出力電圧を本実施例では、APD1がブ
レークダウンしていない時のノイズレベルの2〜10倍
程度の電圧となるように設定する。また、コンパレータ
Aの出力は、ラッチ15を介してMPU14のI/O入
力あるいはデータバスと接続され、増幅器10出力が基
準電圧発生手段A’の設定電圧VA を上回ったときに出
力が立ち下がる(負論理)。その立ち下がりはラッチさ
れMPU14に読み込まれる。
【0026】コンパレータBは、前記コンパレータAと
同様、反転入力に増幅器10出力が接続され、非反転入
力には、基準電圧発生手段B’が接続されている。基準
電圧発生手段B’は、本実施例では、増幅器10の飽和
出力電圧よりやや小さな設定電圧VB に設定する。ま
た、コンパレータBの出力は、MPU14の例えばデー
タバスあるいはインターラプト端子に接続され、増幅器
10出力が設定電圧VB を上回ると出力が立ち下がり、
増幅器10の飽和をMPU14へ知らせる。
【0027】MPU14は、前記各コンパレータA、B
からの出力に基づき内蔵処理プログラムに従って、出力
データを増減し出力する。このデータは、D/Aコンバ
ータ13により、アナログ出力に変換されてDC−DC
コンバータ3の制御入力に加えられ、出力電圧をコント
ロールする。
【0028】この実施例は、以上のように構成され、い
ま、この受光器を例えば、光バースト波を用いる距離測
定システムに使用した際の本制御方法を図2のフローチ
ャートに従って説明する。
【0029】距離測定システムは、測定対象物に例えば
レーザ発振器から間欠的にレーザパルスバースト波を射
出し、その反射光の反射時間を測定してその測定時間か
ら対象物までの距離を算出するものと、反射光の反射角
を測定し、いわゆる三角測量により対象物までの距離を
算出するものとがあるが、何れの場合であっても対象物
からの反射光を受光器により検出する。
【0030】まず、測定器からの測定用レーザパルスバ
ースト波の射出に先立ち、受光器のMPU14は、バイ
アス電圧設定処理を開始する(「処理」100以下「処
理」は省略する)。
【0031】MPU14は、電圧データをD/Aコンバ
ータ13へ出力し、DC−DCコンバータ3の出力デー
タをXvステップで増加し(101)、増加するごとに
コンパレータAの出力を読み込んで、コンパレータAの
出力が立ち下がるまでバイアス電圧Vを漸増する(10
2)。
【0032】このとき、バイアス電圧Vを増加していく
と、図3(a)に示すようにインパルス状のノイズNが
現れ、このノイズNはバイアス電圧の増加と共に、同図
(b)に示すように急激に増大し、コンパレータAの設
定電圧Va を上回る。この状態をここでは便宜上「降
伏」と呼ぶことにする。このような「降伏」状態を検出
したMPU14はバイアス電圧VをYv(Y<X)ステ
ップで漸減し(103)、「降伏」が検出されないレベ
ルまでバイアス電圧を低下させる。すなわち、コンパレ
ータAの出力が常にハイレベルを出力するようになるま
でバイアス電圧Vを低下させる(104)。このとき、
Y=0.1〜2Vとして、最適利得時のバイアス電圧V
が降伏時のバイアス電圧Vより、0.1〜2V低くなる
ようにするとよい。
【0033】またこのとき、レーザパルスの射出命令が
なければ(105)、上記処理をくり返す(101〜1
05)。一方、レーザパルスの射出命令が有る場合は
(105)、射出されたレーザパルス(106)の反射
光を受光する(107)。すなわち、受光した光バース
ト波はAPD1により、光電流に変換され、次段の増幅
器10により電圧に変換された後、増幅されて出力され
る。この出力は、コンパレータBにより設定電圧Vb
比較され(108)、増幅器10の飽和が判別される。
【0034】このとき、増幅器10の飽和、すなわち、
コンパレータBが立ち下がると(108)、MPU14
はバイアス電圧をZvステップで下げていき(10
9)、再度レーザパルスを射出させ(106)、コンパ
レータBの出力がハイレベルとなるまでバイアス電圧V
を下げる。
【0035】一方、受光時に増幅器10出力が飽和しな
い場合、すなわち、コンパレータB出力がハイレベル状
態にある場合は、受光完了(110)となる(11
2)。この後、計測継続の場合は、上記処理(101〜
111)をくり返す。
【0036】このようにして利得制御を行なった結果、
例えば、InGaAs−APDを当フローチャートに従
って制御した場合、利得−周囲温度特性は、図4に示す
ように、周囲温度の比較的広い範囲で利得をほぼ一定に
保つことができた。
【0037】すなわち、APD1は、利得特性の温度依
存が大きく、図5に示すようにブレーク電圧も温度によ
り大きく変化し、また、同じ温度でもAPD1の個々の
特性のばらつきによりブレーク電圧も異なるが、上記の
方法で受光休止期間にバイアス電圧Vの設定をくり返し
行なうと、周囲温度や特性のばらつきが補正されて、A
PD1を常に最適利得(利得最大)にコントロールする
ことができる。
【0038】さらに、上記設定電圧のバイアス電圧から
一定値を減ずることでAPDの種類や特性の違いにかか
わらず、複数の受光器の利得を一定の任意利得を得るよ
うにすることもできる。
【0039】また、本方法では、原理的には、受光器出
力のノイズは、Vav以下となるので回路のノイズ管理
も容易になる。
【0040】なお、本発明の利得制御方法は、光バース
ト波を用いた距離や速度測定用の受光器に用いるばかり
でなく、上記方法を例えば、通信中にインターバル期間
を設けるようにして、光ファイバー通信用の受光器に採
用することも考えられる。
【0041】
【効果】この発明は、以上の方法により、以下に示す効
果を奏する。
【0042】 APDの特性のばらつき、周囲温度及
びその変化に対し、無頓着にAPDの最適利得(利得最
大)点を得ることができる。
【0043】 受光器の出力ノイズを設定電圧Vav
以下に管理できる。
【0044】 APD利得は例えば、制御手段にMP
Uを使用した場合、プログラムの書き替えで利得を容易
に変更でき、入射光のダイナミックレンジも大きくする
ことができる。
【0045】 MPUを搭載している受光器であれ
ば、D/Aコンバータ、ラッチ、コンパレータ等を追加
するのみで安価に回路を構成できる。
【0046】 特に、本方式は、光バースト波を用い
て距離、速度を測定する受光器に用いると効果的であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例を示すブロック図
【図2】実施例のフローチャート
【図3】作用図
【図4】同上
【図5】同上
【図6】従来例を示すブロック図
【図7】従来例を示すブロック図
【符号の説明】
1 APD 3 DC−DCコンバータ 10 増幅器 13 D/Aコンバータ 14 MPU A 第1のコンパレータ A’ 第1の基準電圧発生手段 B 第2のコンパレータ B’ 第2の基準電圧発生手段 R 受光部 VA 第1の設定電圧(「降伏レベル」) VB 第2の設定電圧(増幅器の飽和レベル)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御入力で出力電圧が可変されるバイア
    ス電圧制御電源により、逆バイアス電圧をアバランシェ
    ホトダイオードに印加し、そのアバランシェホトダイオ
    ードへ間欠的に入射する受光入力を増幅器を介して出力
    する受光部に、 前記受光部出力と第1の基準電圧発生手段から出力され
    る第1の設定電圧とを比較する第1の比較手段と、 前記比較手段の出力に基づき前記バイアス電圧制御電源
    への制御入力を決定する制御手段とを備え、 受光休止期間ごとに前記設定電圧と受光部出力とをくり
    返し比較し、その受光部出力に含まれるノイズ成分が前
    記設定電圧レベルを超えない範囲で前記バイアス電圧を
    最大となるよう制御入力を増加あるいは減少させること
    を特徴とするアバランシェホトダイオードの利得制御方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のアバランシェホトダイオ
    ードの利得制御方法において、上記受光部に、受光部の
    受光中の出力と、第2の基準電圧発生手段から出力され
    る第2の設定電圧とを比較する第2の比較手段と備え、 前記受光部出力が前記第2の設定電圧を超えた際、上記
    バイアス電圧を減少し、受光部出力を前記設定電圧以下
    にすることを特徴とするアバランシェホトダイオードの
    利得制御方法。
JP3291226A 1991-11-07 1991-11-07 アバランシエホトダイオードの利得制御方法 Pending JPH05129857A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3291226A JPH05129857A (ja) 1991-11-07 1991-11-07 アバランシエホトダイオードの利得制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3291226A JPH05129857A (ja) 1991-11-07 1991-11-07 アバランシエホトダイオードの利得制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05129857A true JPH05129857A (ja) 1993-05-25

Family

ID=17766109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3291226A Pending JPH05129857A (ja) 1991-11-07 1991-11-07 アバランシエホトダイオードの利得制御方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05129857A (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0633517A3 (en) * 1993-07-09 1996-11-27 Hamamatsu Photonics Kk Polarization circuit for avalanche photodiode.
JP2001221632A (ja) * 2000-02-04 2001-08-17 Asahi Precision Co Ltd 光波測距儀
EP1372261A1 (en) * 2002-06-12 2003-12-17 Agilent Technologies, Inc. - a Delaware corporation - Control loop apparatus, current measuring circuit apparatus and methods therefor
US7155133B2 (en) * 2002-02-12 2006-12-26 Finisar Corporation Avalanche photodiode controller circuit for fiber optics transceiver
JP2008215878A (ja) * 2007-02-28 2008-09-18 Yamaha Motor Co Ltd 受光装置、レーザレーダ装置および乗り物
JP2008286669A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Sokkia Topcon Co Ltd 光波距離計
WO2013014761A1 (ja) 2011-07-27 2013-01-31 ジックオプテックス株式会社 光波測距装置
JP2022014734A (ja) * 2020-07-07 2022-01-20 パイオニア株式会社 制御装置及びセンサ装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0633517A3 (en) * 1993-07-09 1996-11-27 Hamamatsu Photonics Kk Polarization circuit for avalanche photodiode.
JP2001221632A (ja) * 2000-02-04 2001-08-17 Asahi Precision Co Ltd 光波測距儀
US7155133B2 (en) * 2002-02-12 2006-12-26 Finisar Corporation Avalanche photodiode controller circuit for fiber optics transceiver
EP1372261A1 (en) * 2002-06-12 2003-12-17 Agilent Technologies, Inc. - a Delaware corporation - Control loop apparatus, current measuring circuit apparatus and methods therefor
JP2008215878A (ja) * 2007-02-28 2008-09-18 Yamaha Motor Co Ltd 受光装置、レーザレーダ装置および乗り物
JP2008286669A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Sokkia Topcon Co Ltd 光波距離計
WO2013014761A1 (ja) 2011-07-27 2013-01-31 ジックオプテックス株式会社 光波測距装置
JP2022014734A (ja) * 2020-07-07 2022-01-20 パイオニア株式会社 制御装置及びセンサ装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111983586B (zh) 一种光电探测器的控制方法、控制系统及激光雷达
US5929982A (en) Active APD gain control for an optical receiver
US20170031009A1 (en) Optical measurement system incorporating ambient light component nullification
IL195988A (en) Automatic avalanche photodiode bias setting system based on unity-gain noise measurement
JP4223304B2 (ja) 光受信器
JPH05129857A (ja) アバランシエホトダイオードの利得制御方法
US6654215B2 (en) Photodetector circuit with avalanche photodiode
CN114281137B (zh) 光电探测器偏置电压控制方法、装置、系统和激光雷达
JP2001013005A (ja) 光電変換率調節可能な光量検出回路
US20200233065A1 (en) Optical detector with dc compensation
US4987298A (en) Automatic gain control apparatus which adjusts bias and gain to maximize signal to noise ratio
JPH08201519A (ja) 光受信回路
US4499609A (en) Symmetrically clamped fiber optic receiver
CN113900072A (zh) 利用非探测光调整偏压的方法、装置、系统和激光雷达
JP2934264B2 (ja) 光ピックアップ
JP2007074397A (ja) 光受信器
JPH01286655A (ja) 光受信回路
JPH09162437A (ja) 光検出装置
JPH03296309A (ja) 光受信回路
JP2621299B2 (ja) 光受信器
US12126312B1 (en) Control of linear trans-impedance amplifier (TIA) during settling after recovering from loss of signal in receiver
RU2212761C2 (ru) Способ выделения команд и устройство для его осуществления
JP2600462B2 (ja) 光受信回路
JP3299576B2 (ja) 光空間通信装置
JPH098744A (ja) アバランシェ・フォトダイオードのバイアス方式